作者 / 柏桦 ADI 运用工程司理 汪东 程颖 ADI 资深运用工程师
已获专利的Silent Switcher 技能在高频、高功率电源中完成了令人形象深入的 EMI 功用。作为这项技能的下一代，Silent Switcher 2 简化了电路板规划和制作，其所采纳的办法是把热环路电容器归入到封装中，因此 PCB (印制板)布局关于 EMI 的影响极小。
摘要：跟着轿车中电子体系数量的成倍添加，车内发生电磁搅扰的风险也大幅升高了。因此，新式车辆中的电子产品常常有必要契合 CISPR 25 Class 5 EMI 测验标准，该标准对传导型和辐射型 EMI 发射做了严厉的约束。因为其自身的性质，开关电源充满着 EMI，并在整个轿车中“充满分散”。现在，低 EMI 与小的解决计划尺度、高功率、散热才能、巩固性和易用性一同，成为了对轿车电源的一项要害要求。Silent Switcher 2 稳压器系列可满意轿车制作商严厉的 EMI 要求，一起具有紧凑的尺度以及集成化 MOSFET 和高电流才能。
Silent Switcher 2 稳压器为 SoC 供电
当今 (及未来) 车辆上所运用的片内体系 (SoC) 器材与前几代同类产品简直没有什么类似之处。信息文娱体系和车辆安全体系之特性和功用的指数性添加迫切要求 SoC 处理数据的速度比过去进步几个数量级，包含以很少的推迟处理来自多个信号源的高分辨率视频数据。例如，假使轿车的前置摄像头“看到”了某种风险，则轿车有必要马上做出呼应，要么提示驾驶者留意，要么刹车制动。为了满意最新的核算需求，SoC 在其封装中集成了越来越多的高耗电器材，可是，将怎样供给这些所需的功率呢? 在轿车中，功率运送计划有必要具有高效、紧凑和低 EMI 的特色。SoC 添加的需求使得它们更难以满意。
比方，一个 R-Car H3 SoC 包含 8 个 Arm 内核、DSP、视频和图形处理器以及辅佐的支撑器材。所有这些组件均需求牢靠的电源，包含三个用于外设和辅佐组件的电源轨 (5 V、3.3 V 和 1.8 V)、两个用于 DDR3 和 LPDDR4 的电源轨 (1.2 V 和 1.1 V)、和另一个用于内核的电源轨 (0.8 V)。
为了支撑 SoC 所需的电流水平，具有外部 MOSFET 的开关电源控制器是优先于单片式电源器材的传统挑选计划。单片式器材因其内部 MOSFET 最大极限减缩了本钱和解决计划尺度而有目共睹，可是它们在传统上受限的电流才能和存在的热问题则一般约束了其运用。LT8650S 和一个新的单片式降压型 Silent Swicther 稳压器系列具有支撑 SoC 的电流才能和热办理特性。
因为具有高功率和热办理特性，因此 Power by Linear™ LT®8650S、LT8609S 和 LT8645S 的输出电流才能比典型单片式稳压器高得多。3 V 至 42 V (关于 LT8645S 则为 65 V) 的输入电压规模涵盖了轿车电池的各种电量条件。这些单片式 IC 具有集成的 MOSFET，并能以高于 2 MHz 的频率运转，因此减缩了解决计划尺度和本钱，一起避开了 AM 频段。Silent Switcher 稳压器专为最大极限下降 EMI 而规划，然后使其成为适宜 SoC 的一种抢手挑选。
双输出：5 V/4 A 和 1 V/4 A
图 1为一款双输出 (2 MHz 5 V/4 A 和 1 V /4 A) 解决计划，其选用了 LT8650S 的两个通道。这款电路可容易地进行修改以适宜其他的输出组合，包含比方 3.3 V 和 1.8 V 或 3.3 V 和 1.1 V 等，以运用 LT8650S 的宽输入规模。LT8650S 还可用作榜首级转化器，随后用于供给更多输出的各种较低功率第二级开关稳压器或 LDO 稳压器。
LT8650S 运用了可消除 EMI 的 Silent Switcher 2 规划，具有集成的热环路电容器，旨在最大极限减小噪声天线尺度。结合集成化 MOSFET，这完成了优胜的 EMI 功用。
适用于 SoC 的 16 A 解决计划
图 2 为一款用于供给 SoC 电源的 3.3 V/16 A、四相解决计划。
别的，轿车 SoC 还对电源负载瞬态呼应有着极高的要求。外设电源的负载电流转化速率到达 100 A/µs (内核电源则更高) 的状况并不罕见。不管负载的改变状况如何，电源都有必要最大极限减小输出电压瞬变。快速开关频率 (比方 LT8650S 系列能到达 2 MHz) 有助于加速瞬变康复的速度。在选用正确环路补偿的状况下，较快的开关频率对应于较快的动态呼应。图 2 给出了适宜的组件值。在电路板布局中，应尽量地减小从电路的输出电容器至负载的走线电感，这一点也是至关紧要的。
针对较低功率运用的高功率、紧凑型解决计划
除了比方 SoC 和 CPU 等低电压、高电流运用之外，轿车和其他车辆还需求用于很多低电流负载的电源，例如：仪表板、平视显现器、车联网 (V2X)、传感器、USB 充电器等。
因为可用空间和电池电量受限，因此关于电源转化器来说，高功率和小解决计划尺度是最重要的要求。低噪声是前提条件。LT8609S 是一款针对所有这些运用的适宜解决计划。该器材规划了针对轿车电池条件的 3 V 至 42 V 输入电压规模。集成的 MOSFET、内置的补偿电路和 2 MHz 的作业频率最大极限减小了 LT8609S 解决计划尺度。在 LT8609S 中运用了 Silent Switcher 2 技能和集成型热环路电容器，以尽量下降噪声电平并供给优异的功率目标以及杰出的 EMI 功用。图 3 为选用 LT8609S 的 2 MHz、5 V/2 A 运用。
图 4 为一款安顿在两层电路板上的完好 LT8609S 稳压器。LT8609S 的集成型 MOSFET 和内置补偿电路把组件数目削减为器材自身和少数的外部组件。再加上高速开关频率，该典型运用的中心解决计划全体尺度仅为 11.5 mm x 12.3 mm。
下降解决计划本钱的一种办法是尽量削减所需的 PCB 层数，可是这需求以献身功用为价值是可以预料到的。例如，就所完成的 EMI 功用而言，两层电路板解决计划与四层电路板解决计划估计是不同等的。EMI 测验成果显现：选用两层电路板的 LT8609S 可满意 CISPR 25 Class 5 EMI 辐射约束要求。
一般来说，Silent Switcher 2 技能可在选用两层乃至单层电路板的状况下获得好的 EMI 功用，因此可以极大地下降制作本钱。
当运用的电路板层数较少时，热功用一般是一个让人忧虑的问题，可是在选用 LT8609S 时状况则不是这样。Silent Switcher 2 技能的低噪声电平缓高功率具有的优势是开关转化发生的功率损耗很低。这与增强型散热封装相结合，使 LT8609S 展现出骄人的热功用。图 5 为两层电路板和四层电路板之间的热功用比照。由图可见，关于 12 V 电池输入，LT8609S 在满负载条件下作业时的温升差异小于 11 ℃。
面向 48 V 轿车体系的 Silent Switcher 2 解决计划
传统车辆选用 12 V 电池认为焚烧、照明、音频和信息文娱电子设备、安全功用设备及其他体系供电。惋惜的是，12 V 轿车体系的供电才能被约束在 3 kW，而数量巨大的轿车电子产品对这道“边界”建议的应战日益增多。
这个问题，再加上电动轿车和自动驾驶体系的呈现，对功率运送标准提出了应战，轿车行业随之将转向 48 V 电池电源作为一种解决计划。与 12 V 电气体系比较，48 V 电气体系在功率需求很高的状况下可下降配电损耗，然后改进全体功率。
在 48 V 体系中，对 DC/DC 转化器提出的应战是必需坚持与 12 V 体系类似的转化功率、尺度和低 EMI，而此刻，高降压比使得这些标准目标的满意愈加困难。由选用 48 V 电池电源发生的优点不应在 DC/DC 转化过程中白白丢掉。可以以 2 MHz 频率运转以防止搅扰 AM 频段的单片式开关稳压器十分适宜 48 V 轿车电气体系，只需它们能高效地做到这一点就行。
可以承受 48 V 标称输入的单片式降压型稳压器数量有限，它们大多支撑小于 5 A 的负载电流。LT8645S 单片式降压型稳压器可依托高达 65 V 的输入电压支撑 8 A 负载。其 40 ns 的最短接通时刻 (TON) 和快速洁净的开关边缘可完成高开关频率和高功率 (在 2 MHz 时高达 94%)。
集成化补偿电路和旁路%&&&&&%器最大极限减小了全体解决计划尺度，并简化了低 EMI 布局。运用一个简略的铁氧体磁珠滤波器，LT8645S 可以经过 CISPR 25 Class 5 EMI 标准约束，并留有裕度。
图 6 示出了选用 LT8645S 的超低 EMI 2 MHz、5 V/8 A 运用。LT8645S 具有支撑高降压比的特殊才能，乃至当作业在高开关频率时也是如此，这得益于其 40 ns 的最短接通时刻。例如，LT8645S 能在 1 MHz 开关频率下从一个高达 30 V 的输入发生 1.8 V 输出。假如越过某些开关周期是可以承受的，那么输入可升高至 65 V 的肯定最大额定值。
当输出低于 3.1 V 时，LT8645S 的 BIAS 引脚应衔接至一个高于 3.1 V 的外部电源以改进功率。假如没有这样的电源可用，则将 BIAS 引脚衔接至 GND。
定论
Silent Switcher 和 Silent Switcher 2 稳压器可满意轿车环境严苛的 EMI 辐射要求。本文介绍的Silent Switcher 器材如表1所示。
其间，LT8650S 双通道同步单片式 Silent Switcher 2 稳压器为 SoC 运用供给了宽输入电压规模、好的 EMI 功用和小的解决计划尺度，一起还可供给多个高电流输出和快速瞬态呼应。LT8609S 同步单片式 Silent Switcher 2 稳压器供给了宽输入电压规模、低静态电流、杰出的 EMI 功用、小的解决计划尺度和高功率，该器材可以容易地满意当今轿车中无处不在的电源体系之要求。LT8645S (输入至 65 V) 可构成适宜 48 V 轿车体系的紧凑型低 EMI 解决计划。
本文来源于《电子产品世界》2018年第4期第69页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
